用于自动照明设备的光束边框系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种改进的自动照明设备12和照明设备系统10，具有聚光灯操作模式和染色灯操作模式，采用改进的光束遮光板臂板系统25，该系统在聚光灯模式中用作遮光板臂板，在染色灯模式中用作挡光板。
【专利说明】用于自动照明设备的光束边框系统
[0001]本申请是发明申请，要求于2012年3月18日提交的序列号为61/612，373的相同发明名称的美国临时申请的优先权
【技术领域】
[0002]本发明大致涉及自动照明设备，具体而言，涉及在自动照明设备中使用的光学系统。
【背景技术】
[0003]具有自动及远程可控功能的照明设备在娱乐和建筑照明市场是众所周知的。此类产品通常用于剧院、录像室、音乐会、主题公园、夜总会及其他聚集场所。典型的产品通常提供对于照明设备的摇摄和俯仰功能的控制，允许操作者控制照明设备正在指向的方向，并由此控制光束在舞台上或录音室中的位置。通常，这种位置控制通过对照明设备在两个正交旋转轴线(称为摇摄和俯仰)上的位置的控制来实现。许多产品提供其他参数的控制，例如强度、颜色、焦距、光束尺寸、光束形状、光束图样。光束图样经常由模板或幻灯片(称为遮光片)所提供，可以是钢、铝或蚀刻玻璃图样。由Robe Show Lighting生产的产品，例如ColorSpot700E是现有技术的典型。
[0004]众所周知，设计此类自动照明设备的光学系统，从而使发光光束的输出角度可以在一定范围(从非常窄的光束到宽光束)的值上调节。这种光束角尺寸、或变焦距、范围允许照明设计者对于投射图像、图样或染色区域的尺寸进行完全控制。还已知的是，提供装置用于采用彩带或框架遮光板来调节光束形状，从而能够遮蔽最终输出光束并控制其边缘。这些彩带或框架遮光板通常是直边缘，由此，将它们插入光束就遮蔽了一直线区域。这些彩带或框架遮光板可以被手动插入光束，或可使用机动化系统，以插入及取出且可选地旋转每个彩带或遮光板。现有技术的系统经常在机械上非常复杂，且对于照明设备而言显著增加重量和成本。
[0005]框架遮光板系统最普遍地被构造成多个金属板或臂板，可以单独且分离地插过光束，以遮蔽该光束的一部分。每个臂板可以从光束完全取出，或可被调节以阻隔光束的一部分。可以使用任意数量的臂板；然而，通常使用四个臂板，以允许将投影图像框成普通的矩形，例如画框。还众所周知的，对每个臂板进行单独的角控制，这样，四个臂板不必彼此保持固定的垂直的角度，因此，臂板的组合可形成不规则的梯形或三角形。
[0006]现有技术包含此类框架遮光板系统的各种不同实例，例如美国专利1，793，945描述了一种四臂板系统，其中，每个臂板可被手动调节以覆盖光束的一部分。该系统并不提供光束旋转。美国专利4，890，208 (Izenour)公开了另一种四臂板系统，其中，每个臂板设有两个马达，由此，每个臂板的位置和角度可被远程调节。美国专利申请2005/02319578 (Wynne Wi 11 son)公开了又一种系统，其中，每个臂板可针对位置和旋转被远程调节，还可围绕光束旋转。Wynne-Wi 11 son进一步公开了每个臂板可具有两个可选择边缘，所述边缘可被可选地插过光束。他将此描述为直边缘或弯曲边缘。这为用户提供了便利，因为可以框住直边多边形以外的形状，然而所公开的这种系统局限于双边缘形状，是一种非常复杂的机构，该机构很昂贵且难于制造。其他机构公开于美国专利6，550，939、美国专利6，744，693、美国专利6，939，026、专利申请TO03/023513、专利申请TO96/36384和英国专利GB2270969。所有这些提供了一些装置用于框住光束的至少两侧，并还可以提供每个臂板的定位和旋转。
[0007]所公开的所有系统被设计用于硬边照明设备，其中，图像为强聚焦(sharpfocus);然而，通常在娱乐应用中采用软边或染色灯系统，从而跨越舞台、搁置台(set)、或布景背景均匀设置照明颜料。还可用地，可以针对此类照明设备提供软边边框或遮蔽。这在概念上类似于通常用于剧场照明设备的挡光板系统，其中，光束的四个边缘可以被单独调节，并且整个系统旋转，然而四边的每一边的单独角度不可调节。
[0008]图1图示出多参数自动照明系统10。这些系统通常包括多个多参数自动照明设备12，每个此类照明设备12特别地在其上包含光源、光调制装置、连接到机械驱动系统和控制电子元件的电机(未示出)。除了直接地或通过配电系统(未示出)连接到主电源，每个照明设备与数据链路14串联或并联地连接到一个或多个控制台15。照明系统10典型地被操作者通过控制台15控制。
[0009]图2示出现有技术的自动照明设备11。灯具21包含发光的光源22。光被反射器20通过光学装置26然后通过孔或成像门24反射并控制，光学装置26可包括二色颜色滤波器、效应玻璃及本领域众所周知的其他光学装置。光学元件25是成像元件，并可包括遮光片、旋转遮光片、虹膜、和框架遮光板。然后，光束可穿过进一步的透镜26和28，然后穿透输出透镜31。透镜26和28可沿着光轴19移动，从而改变发出光束的光束角度和焦距。透镜26和28通常公知为聚焦和变焦透镜，然而，这些通常的名称实际上使用不当，因为两种透镜均实现两种功能。透镜31可为玻璃透镜或等同的菲涅尔透镜。
[0010]需要一种简化的用于自动成像设备的自动成框遮光板机构，其为用户提供简单的边缘控制，其还可以在染色灯系统中提供软边缘。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]为了更详尽地理解本发明及其优点，现在结合附图参考下文描述，附图中相同的附图标记指代相同的元件，其中:
[0012]图1示出一种典型的自动照明系统；
[0013]图2示出现有技术的自动照明设备；
[0014]图3示出在自动照明设备中的改进的光束边框系统的实施例；
[0015]图4示出在自动照明设备中的改进的光束边框系统的实施例；
[0016]图5示出在带有LED光源的自动照明设备中的改进的光束边框系统的实施例；
[0017]图6示出本发明一实施例的视图；
[0018]图7示出本发明一实施例的后表面的视图，其中，所有臂板完全撤出；
[0019]图8不出本发明一实施例的后表面的视图,其中，两个臂板部分插入；
[0020]图9示出本发明一实施例的后表面的视图，其中，所有臂板部分插入；
[0021]图10示出本发明一实施例的分解视图；以及
[0022]图11示出本发明一实施例的视图。
【具体实施方式】
[0023]本发明的各优选实施例图示于各附图中，相同的附图标记用于指代各附图中相同和对应的部件。
[0024]本发明大体涉及一种自动照明设备，特别地，涉及在此类照明设备中光学系统的配置，以提供能力获得宽范围的变焦角度，而又仍然提供紧凑的单元用于装配、存储和运输。
[0025]图3图示出在自动照明设备中的一种改进的光束边框系统的实施例。自动照明设备12可包含:灯具21和反射镜20，其中，灯具和反射镜可相对彼此移动，用于光束热点控制；颜色调制元件23，可包括但不限于混色彩带或混色环、色环及其他二色控制元件；孔24，其可在尺寸上被固定或可调节；成像光学元件，其可包括但不限于遮光片、旋转遮光片、边框遮光板25、光束定形器、可变Frost滤波器、棱镜及虹膜。来自这些图像的光束被第一透镜26、第二透镜28和菲涅尔输出透镜30聚焦。第一透镜26和第二透镜28每一个均可包含一个或多个光学器件，所有或一些此类光学器件可被沿着照明设备12的光轴19前后移动，从而将光引导朝向输出透镜30。第一透镜26和第二透镜28可进一步均质且约束光束，并确保光束完全填满输出透镜30。扩散滤波器27还可以可选地沿着光学路径插入，以改进均质性，并进一步增大最大输出角度。输出透镜30可以是传统的菲涅尔透镜、比标准菲涅尔透镜带有更大数量的较小周界小面的改进型菲涅尔透镜、或标准的球面或非球面的透镜。第一透镜26、第二透镜28、输出透镜30可由玻璃、合适的透明聚合物(例如丙烯酸或聚碳酸酯)、或本领域公知的其他材料制成。透镜30可沿着照明设备12的光轴19前后移动，从而提供光学器件25的投影图像的聚焦调节。第一透镜26、第二透镜28和输出透镜30的组合提供输出光束,可以通过沿着光轴19前后移动第一透镜26、第二透镜28和输出透镜30中的任一个或全部，针对光束角和聚焦来调节输出光束。输出透镜30附接到承载架32，承载架32支撑输出透镜30并提供沿着光轴的移动。边框遮光板25可被调节以阻塞投影光束的一部分。边框遮光板25可提供硬边缘聚焦阻塞或软边缘染色阻塞。扩散滤波器27沿着光路的插入可进一步软化边框遮光板25的投影边缘。
[0026]图4示出在自动照明设备中的改进光束边框系统的实施例。图4示出窄角配置的系统，其中，输出透镜30定位在照明设备基座16外侧，第一透镜26和第二透镜28移动以提供变焦和聚焦。边框遮光板25可被调节以阻塞投影光束的一部分。扩散滤波器27也可以可选地在光路中插入，以改进均质性，并进一步增大最大输出角。边框遮光板25可提供硬边缘聚焦阻塞或软边缘染色(wash)阻塞。扩散滤波器27在光路中的插入可进一步软化边框遮光板25的投影边缘。
[0027]通过承载架32和输出透镜30所提供的系统，照明设备能够提供非常宽范围的输出光束角，在一个实施例中，所描述的系统提供5.5°窄角至60°宽角的连续变焦范围。在这一特定的实施例中，扩散滤波器27的加入将连续变焦范围改变至20°窄角至75°宽角。
[0028]图5示出在自动照明设备中改进的光束边框系统的实施例的选择元件。在该实施例中，光源是LED、固态光源18，光源18可具有集成光学器件17。LED光源18可以是单色光源，例如包括白光LED，或者可以包括多色的LED，例如红绿蓝(RGB)、或红绿蓝白(RGBW)或任意其他彩色LED的组合，其输出可以独立改变，并混合以提供任意希望的颜色。所公开的光学系统提供独立颜色的均质性，这样，输出光束为单色，不具有彩色图案结构或彩色阴影。图5示出窄角配置的系统，其中，输出透镜30以及第一和第二透镜26和28移动，以提供变焦和聚焦。扩散滤波器27也可以可选地在光路中插入，以改进均质性，并进一步增大最大输出角。边框遮光板25可提供硬边缘聚焦阻塞或软边缘染色阻塞。扩散滤波器27在光路中的插入可进一步软化边框遮光板25的投影边缘。扩散滤波器27可安装在一臂上或安装在其他合适的关节装置上，由此，它可以被用户根据需要插入光路或从光路移出，以改进均质性，并进一步增大最大输出角。在此被图示为从光路移出。
[0029]输出透镜30可以是传统菲涅尔透镜，或者是周界小面数量极大增加的菲涅尔透镜。输出透镜30也可以设有平坦的后表面，或设有模制入后表面的破碎或点刻图案。如果使用带有平坦后表面的菲涅尔透镜，则在此所公开的光学系统可提供成像器件25的锐聚焦(强聚焦)图像，而带有点刻背面的透镜将提供软化的漫射图像。
[0030]图6不出本发明一实施例的边框遮光板25的视图。边框遮光板25可包含框架76,框架76可安装在照明设备内。中心孔71约束用于照明设备的光学系统的主光路。孔71和边框遮光板系统25被定位在光链中的一点处，由此，输出光学器件可提供在输出光束中的遮光板臂板的或者硬边缘聚焦或者软边缘聚焦。臂板62、64、66、68是边框遮光板臂板。臂板62、64、66、68中的每一个可以通过马达52、54、56、58的各自操作被分离地或者独立地移动过中心孔71。在进一步的实施例中，臂板移动可以通过凸轮、齿轮、导块、线性致动器、连杆或其他本领域公知的机械结构所实现，以提供线性运动，这并不偏离本发明。臂板62、64、66、68中的每一个可被引导并约束成相对于中心孔71径向的单一线性轴线运动，并通过附接于顶板78和/或背板70的引导销、板或轨防止转动。
[0031]在图6所示的实施例中，臂板62、64、66、68及其相关马达和驱动系统可被安装在背板70上。背板70和由臂板和马达完成的边框遮光板系统可进一步以其整体通过由马达72驱动的齿轮74围绕中心孔71旋转。在如图所示的实施例中，背板70具有轮齿69，轮齿69与驱动齿轮74的轮齿73啮合。尽管图示中齿轮系统用于背板70的旋转，但本发明并不限于此，可以使用任何用于旋转背板70的系统。在其他实施例中，可以通过直接驱动、皮带驱动、摩擦驱动或其他本领域众所周知的机构来实现背板旋转。在本发明的图示实施例中，马达52、54、56、58、72是步进电机。在其他实施例中，其他马达或驱动器(例如伺服电机或线性致动器)可如本领域通常理解一般实施。在图示的系统中，背板70以及由此的边框系统的旋转被限制于180°。然而，本发明并不限于此，任何旋转角度，高达并包括完整的360°，或者完整的连续旋转，都是可能的。
[0032]图7示出本发明一实施例的所有臂板完全撤出的后表面的视图。杠杆臂92、94、96、98固定至它们各自马达52、54、56、58(未示出)的输出轴82、84、86、88。采用单一马达54作为示例。当马达54旋转时，其输出轴84也旋转。这导致杠杆臂94转动，并将其转动运动转换成附接到遮光板臂板的销104的线性运动。销104被背板70中的狭槽114所限，成直线移动。类似地，马达52、56、58(未示出)将其旋转运动转换成相关的遮光板臂板销102、106、108受狭槽112、116、118所限的线性移动。在图7所示的位置处，所有马达52、54、56、58(未示出)完全顺时针旋转，所有销1024,106,108处于狭槽112、114、116、118的夕卜端。
[0033]图8示出本发明一实施例的两个臂板部分插入的后表面的视图。在图8所示的位置处。马达56部分旋转，由此，马达轴86和杠杆臂96也部分旋转。这种旋转被转化成销106的由狭槽116所约束的线性运动，从而移动遮光板臂板66，从而部分阻塞中心孔71。类似地，马达52被部分旋转，由此，马达轴82和杠杆臂92也被部分旋转。这一旋转被转换成销102的由狭槽112所约束的线性运动，从而移动遮光板臂板62，从而部分阻塞中心孔71。其余两个马达54和58(未示出)保持完全顺时针旋转，由此，销104和108处于狭槽114和118外端。
[0034]图9示出本发明一实施例的所有臂板均部分插入的后表面的视图。在图9所示的位置处，马达56部分旋转，由此，马达轴86和杠杆臂96也部分旋转。该旋转被转换成销106的由狭槽116所约束的线性运动，从而移动遮光板臂板66，从而部分阻塞中心孔71。类似地，马达52、54、58部分旋转，由此，马达轴82、84、88和杠杆臂92、94、98也部分旋转。该旋转被转换成销102、104、108的由狭槽112、114、118所约束的线性运动，从而移动遮光板臂板62、64、68，从而部分阻塞中心孔71。
[0035]遮光板臂板62和遮光板臂板66可处于同一焦点及机械平面中。控制相关马达52和56旋转的照明设备固件确保了两个臂板的运动相协调，由此，不会发生碰撞。类似地，遮光板臂板64和68可处于同一焦点及机械平面中。控制相关马达54和58旋转的照明设备固件确保了两个臂板的运动协调，由此不会发生碰撞。遮光板臂板62和遮光板臂板66可处于不同于遮光板臂板64和68的焦点及机械平面中，由此，每一对可自由穿过垂直的另一对上方或后方，而不用担心碰撞。
[0036]图10不出本发明一实施例的边框遮光板25的视图。边框遮光板25可包括框架76，框架76可安装在照明设备内。中心孔71提供用于照明设备的光学系统的主光路。孔71和边框遮光板系统25被定位在光链中的一点处，由此，输出光学器件可以提供在输出光束中的遮光板臂板的硬边缘聚焦或软边缘聚焦。臂板62、64、66、68是边框遮光板臂板。臂板62、64、66、68中的每一个均可通过马达52、54、56、58的各自操作被单独且独立地移动过中心孔71。在图10所示的实施例中，臂板62、64、66、68及其相关马达和驱动系统可安装在背板70上。背板70和由臂板和马达完成的边框遮光板系统可进一步以其整体被马达72所驱动的齿轮74围绕中心孔71旋转。在所示的实施例中，背板70具有轮齿，该轮齿与驱动齿轮74的轮齿啮合。背板70通过轴承组件77可转动地安装到框架76。现有技术的系统经常将此类旋转组件支撑在围绕背板70周边就位的多个小轴承上，然而，单一的大中心轴承组件77在旋转运动的速度、精确度及平滑度上具备优势。轴承组件77可以是滚球轴承、滚柱轴承或其他本领域众所周知的轴承系统。在图示的系统中，背板70以及由此的边框系统的旋转被限制于180°。然而，本发明并不限于此，任何旋转角度，高达并包括完整的360°，或完整的连续旋转，都是可能的。
[0037]图11示出本发明一实施例，其中，顶板78被取出而露出臂板62和66的基础机构。引导板75和77用于引导并对准臂板62和66，由此，它们保持彼此平行且共线。类似的引导板(未示出)用于引导和对准臂板64和68。
[0038]所公开的本发明提供了一种简易的边框系统，用于硬边缘或染色照明设备，能够提供遮蔽和光束控制。每个臂板可线性移动，以部分地阻塞照明设备的光学孔，另外，整个边框机构可围绕光学孔旋转。
[0039]尽管本公开内容已经针对有限数量的实施例进行了描述，但本领域技术人员受益于本公开内容，将理解也可采用其他实施例，这并不偏离在此所公开的公开内容的范围。本公开内容已经进行详细描述，可以理解的是，在不偏离本公开内容的主旨和范围的情况下，可以进行多种改变、替换、变更。
【权利要求】
1.一种具有聚光灯模式和染色灯模式的自动照明设备，一平坦遮光板臂板系统由多个遮光板臂板构成，所述遮光板臂板被约束成在平行平面内操作，每个均与其自身的枢转臂进行关节连接，并且，当所述照明设备处于聚光灯模式时，所述平坦遮光板臂板系统用作边框遮光板，当所述照明设备处于染色灯模式时，所述遮光板臂板作为挡光板操作。
2.一种自动照明设备，具有能够从照明设备的前边界伸出的输出透镜，并具有平坦遮光板臂板系统，该系统由多个遮光板臂板构成，所述遮光板臂板被约束成在平行平面内操作，每个均与其自身的枢转臂进行关节连接，并能够提供染色灯挡光板功能。
3.一种自动照明设备，包括光学器件，该光学器件能够被远程配置成在聚光灯模式中操作，并另行配置为在染色灯模式下操作，所述自动照明设备进一步包括平坦遮光板臂板系统，该系统由多个遮光板臂板构成，所述遮光板臂板被约束以在平行平面内操作，每个均与其自身的枢转臂进行关节连接，所述平坦遮光板臂板系统被配置成，当所述照明设备处于其聚光灯模式中时，遮光板臂板作为边框遮光板操作，当照明设备处于染色灯模式中时，遮光板臂板作为挡光板操作。
【文档编号】F21W131/406GK104321587SQ201380025136
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2012年3月18日
【发明者】P·尤里克, J·瓦尔哈日 申请人:罗布照明有限公司